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Quelle section pour une grille ?

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Message  Sylva1n Sam 24 Sep 2022, 18:14

Bonjour,

je souhaite réaliser une grille carré de 1 m de côté, qui devra pouvoir résister à un feu de bois intense en supportant une charge de 150 kg, avec un espacement de 10 cm entre les barres verticales (et l'écart maximum possible horizontalement).

Quelle section choisir ? Carré plein ou plat soudé sur tranche ?

Merci

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Message  TRD Sam 24 Sep 2022, 18:40

Bonjour

Feu intense, c'est trop vague pour faire une estimation meme grossiere. 

Questions à se poser pour degrossir :

- la grille est-elle portee ou non à la temperature de forgeage ? (Elle rougit.?) 

- la grille est-elle libre de se dilater (sinon, elle va se gauchir à la premiere chauffe.) Les effets thermomecaniques peivent etre bien plus impactants que ceux de la gravité. Prevoir 1 mm par metre pour 100 degres. Donc 10 mm si la grille rougit. 

-La charge est elle repartie ou ponctuelle ? 

- combien y a t'il de barreaux ? 


Pour les effets de la gravité, il vaut toujours mieux des sections hautes et etroites plutôt que larges et minces. Ça n'a aucun impact sur les effets thermomecaniques.

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Albert EINSTEIN

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Message  Sylva1n Sam 24 Sep 2022, 19:38

L'idée est de chauffer des pierres par un feu de bois en extérieur.
L'objectif est de chauffer les pierres au rouge (du granit).
La grille est donc libre de se dilater et la charge est répartie. Je ne sais pas si la température d'un tel feu est suffisante pour porter le métal au rouge.
Cela chauffe... comme un gros feu de bois en extérieur (rayonnement qui empêche de s'en approcher à moins d'un bon mètre).
Il y aura le nombre de barreaux que vous - experts - saurez me conseiller.
La grille doit laisser passer la cendre du bois de dessus, et la chaleur des braises du dessous. Évidemment, je cherche le meilleur rapport solidité /prix.
La grille sera en appui sur des grosses pierres dans ses angles.
Son objectif est de faciliter la collecte des pierres chaudes et permettrait peut-être d'économiser du bois.

Merci

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Message  TRD Sam 24 Sep 2022, 20:32

Si les pierres doivent rougir, alors l'acier va s'oxyder tres fortement puisqu'il sera aussi porté au rouge. 

Par s'oxyder, il faut comptendte "brûler" dans l'oxygène de l'air ambiant. 

Il serait donc plus opportun d'utiliser un acier inoxydable si la grille doit servir longtemps. Pour le choix de la nuance, si la grille rougit et se trouve exposee à l'air, je crains qu'un 304 ou un 316 ait du mal à tenir. Il faudrait pouvoir mesurer les temperatures. Au-delà de 700 degrés, il sera quasiment obligatoire d'utiliser du 316 Ti et peut-être même du 310. Au-delà de 1000, les aciers refractaires ne tiendront plus. Il faudrait utiliser des superalliages. Autrement dit des materiaux pour moteurs d'avion ou des pieces de centrales nucléaires. 

Evidemment, le prix de la matiere va vite devenir important. 

La corrosion est à mon avis bien plus à redouter que la gravité. 

A mon avis, il faudrait commencer par faire un essai en plus petit avec une grille inox de four menager. Si le metal devient poreux (on dit qu'il est roché), alors il faudra obligatoirement utiliser une nuance refractaire genre 310 ou un superalliage. 

La question la plus importante à se poser est : Combien d'heurrs la grille va t-elle passer à haute tempetature (700 degres ou plus) en atmosphere oxydante ?

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Message  Sylva1n Sam 24 Sep 2022, 20:51

Chaque session de feu dure 3 heures, dont au moins 1 h 30 de feu fort.
Je vais faire un test avec une grille inox.

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Message  TRD Sam 24 Sep 2022, 22:56

3 heures, ça resistera tres probablement. Mais 30 fois trois heures, ça va être plus compliqué. 

Je ne connais pas le comportement radiatif du granit. Par contre, celui de l'acier est bien connu. Ici tu peux voir qu'aux alentour du rouge on depasse 700 degrés C. 

http://jean-paul.gauche.pagesperso-orange.fr/forge/techniq.html

A de telles temperatures, les aciers se recouvrent rapidement d'une croûte de calamine. Sauf si on les chauffe sous atmosphere neutre, comme c'est par exemple le cas lors de soudage sous argon. 

Dans le feu, il y a forcement un apport constant d'oxygene par la base des flammes. Sinon, le feu s'eteindrait. 

La croute de calamine isole le fer de l'oxygene ce qui ralentit fortement la corrosion en subsurface. 

Mais en refroidissant, la retractation du fer et celle des oxydes de fer etant differentes, la couche superficielle se décolle et tombe. Lors de la chauffe suivante, une nouvelle couche de fer se corrode et le cycle recommence. Petit à petit, l'acier se transforme en poussiere d'oxyde de fer et la grille finit par être totalement corrodée. 

Plus la temperature est elevée, plus le processus est rapide. 

Les aciers dits inoxydables ne se degradent pas dans l'air aux temperatures ambiantes. Les aciers inoxydables refractaires resistent dans l'air jusque vers 850-900 degrés. A-partir de 1000 degres C, seuls les superalliages (à base de nickel et cobalt) ont quelques chances de resister à cette corrosion. 

Parallèlement à ces phénomènes purement chimiques, la resistance mecanique des metaux diminue avec l'augmentation de temperature. C'est un phénomène bien connu et tres utilisé pour le cintrage et la forge. 

Enfin, un troisième phénomène appelé fluage vient s'ajouter aux deux autres à hautes temperatures. Dans le fluage, le temps d'exposition à la temperature intervient. Plus le temps est long, plus la piece se déforme, même si la contrainte n'augmente pas. 

Lors du fluage, les metaux se comportent un peu comme une plaquette de beurre qu'on laisserait au soleil : au fil du temps, les structures s'avachissent, même avec de faibles efforts subis. Et comme dans le cas de la plaquette de beurre, il n'est nul besoin de charger beaucoup pour que la deformation se produise. La gravité, c'est-à-dire le poids propre du beurre suffit à le déformer. 

Donc, la première étape consiste à verifier qu'un acier ordinaire ou un inox courant resistera ou pas à la corrosion. Si ce n'est pas le cas, il faudra soit utiliser une nuance refractaire soit trouver un moyen d'isoler la grille de l'air ambiant, soit trouver un moyen de la refroidir. 

Ensuite seulement on pourra prendre en compte la perte de resistance mecanique du materiau et son comportement au fluage. 

Je ne connais, hélas, pas de solution miracle.

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